Làm Thế Nào Để Chọn Cảm Biến Đo Chiều Dài Hiệu Quả

Cảm biến đo chiều dài được sử dụng để đo khoảng cách từ vị trí A đến vị trí B. Với cùng một yêu cầu đo khoảng cách chúng ta có nhiều giải pháp đo khác nhau & trong số đó đa phần đều đáp ứng được yêu cầu là đo chiều dài. Vậy việc bạn biết càng nhiều phương pháp đo cho cùng một ứng dụng sẽ giúp cho bạn có nhiều sự lựa chọn hơn về công nghệ, thiết bị và giá thành.

Trong bài chia sẻ này mình sẽ mang đến cho các bạn các sự lựa chọn khác nhau về cảm biến đo chiều dài hay còn gọi là cảm biến đo khoảng cách. Mình chắc chắn rằng sẽ có nhiều loại cảm biến mà có thể bạn chưa bao giờ được nghe qua.

Bạn đang tìm một cảm biến đo chiều dài ?

Đầu tiên bạn cần xác định bạn đang muốn đo chiều dài của một chi tiết máy nào đó khi đang hoạt động hay bạn đang tìm kiếm một cảm biến hành trình. Nghe có vẻ là giống nhau nhưng lại khác nhau hoàn toàn về ứng dụng của từng loại cảm biến.

Mình sẽ cho các bạn thấy điều mình nói là chính xác như thế nào.

Cảm biến hành trình – Inductive sensor LVDT

Cảm biến hành trình hay còn gọi là cảm biến vi sai tuyến tính được viết tắt là LVDT ( Linear Variable Differential Transformers ). Đây là một cảm biến vị trí được dùng để đo các thanh đòn bẩy, cánh tay đòn, xi lanh, piston, thủy lực …

Cảm biến hành trình sinh ra để đo các hành trình lặp đi lặp lại của một chi tiết nào đó. Chúng ta dễ dàng thấy các cảm biến hành trình tại các máy tự động, các cánh tay robot hay đơn giản là các máy có các trục cam di chuyển liên tục lặp đi lặp lại.

Đặc điểm của cảm biến hành trình LVDT chính là nó chỉ dịch chuyển tuyến tính theo một phương hướng duy nhất theo trục mà nó được lắp đặt. Cảm biến hành trình xi lanh có khoảng cách làm việc khá là ngắn.

Tiêu chuẩn về khoảng cách của cảm biến hành trình : 2mm, 5mm, 10mm , ,20mm, 25mm, 100mm, 150mm, 200mm, 500mm. Đối với các khoảng cách lớn hơn chúng ta sẽ phải dùng một kiểu đo khác.

Ưu điểm của cảm biến hành trình xi lanh

• Thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt trong các không gian nhỏ hẹp.
• Độ chính xác cao vì được lắp đặt trực tiếp trên các hành trình xi lanh.
• Đa dạng tín hiệu ngõ ra : biến trở, 4-20mA, 0-10V.
• Tuổi thọ làm việc cao, không nhiễu do môi trường, không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn, bụi hay ánh sáng.
• Thời gian đáp ứng nhanh & gần như không có độ trễ nếu được lắp đặt và sử dụng đúng cách.

Nhược điểm cảm biến hành trình LVDT

• Giá thành khá cao so với các loại cảm biến điện tử khác cùng chức năng
• Không thể lắp đặt tại một số vị trí quá hẹp
• Khoảng cách đo lớn nhất chỉ 500mm, cần phải dùng loại khác nếu cần đo khoảng cách lớn hơn.

Cảm biến hành trình có thiết kế dành cho các hành trình cố định có khoảng cách dịch chuyển ngắn. Với thiết kế nhỏ gọn phú hợp lắp đặt cho các vị trí có không gian hẹp. Quan trọng nhất cảm biến hành trình có ngõ ra tín hiệu analog 4-20mA, 0-10V trực tiếp mà không cần sử dụng qua bộ chuyển đổi tín hiệu.

Cảm biến vị trí – Linear Potentiometer

Cảm biến vị trí mang hình dáng, kích thước gần như là giống với cảm biến vị trí. Chính vì thế mà chúng ta rất dễ nhầm lẫn giữa hai loại này. Bên trong cảm biến chính là sự khác biệt. Cảm biến vị trí mang trong mình một thanh trược điện trở. Khi cảm biến dịch chuyển sẽ làm thay đổi điện trở nhờ thanh trược này.

Chính vì thiết kế đơn giản mà cảm biến vị trí cũng sẽ có giá thành tương đối thấp so với cảm biến hành trình. Tín hiệu ngõ ra sẽ là dạng biến trở tương tự như các biến trở chúng ta thường sử dụng.

Trường hợp chúng ta muốn lấy tín hiệu ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10V thì phải dùng tới bộ chuyển đổi tín hiệu biến trở sang 4-20mA hoặc 0-10V. Đây là một loại cảm biến đo chiều dài được ưa chuộng sử dụng bên cạnh các piston, xilanh có hành trình ngắn bởi giá cực kỳ dễ chịu so với các loại cảm biến khác.

Bộ chuyển đổi biến trở sẽ biến đổi 0-5k ohm sang 4-20mA ( 0-10V ) chính xác tại  0 ohm tương đương 4mA hay 0V và 5k ohm tương đương 20mA hay 10V về PLC. Với một bộ chuyển đổi tín hiệu Z109REG2-1 sẽ biến cảm biến vị trí trở thành một cảm biến đo chiều dài với độ chính xác cao mà không tốn quá nhiều chi phí như cảm biến vị trí.

Sử dụng một cảm biến đo hành trình xi lanh, piston kết hợp với bộ chuyển đổi biến trở Z109REG2-1 biến một cảm biến vị trí thành một cảm biến đo chiều dài chính hiệu là một trong những cách tiết kiệm so với các loại cảm biến có ngõ ra Analog 4-20mA, 0-10V trực tiếp.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận được sử dụng gần như trong tất cả các ứng dụng liên quan đến hành trình, khoảng cách ngắn với nhiệm vụ báo trạng thái ON ( có ), OFF ( không ) trong tất cả các thiết bị máy móc.

Cảm biến tiệm cận có hai loại chính : dạng cảm ứng từ và dạng điện dung. Đa phần chúng ta đều đang sử dụng dạng cảm ứng từ vì các thiết bị máy móc phần lớn đều được làm bằng kim loại.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ : chỉ báo trạng thái khi tiếp xúc với kim loại sinh ra từ tính. Tứ là cảm biến chỉ nhận biết được các kim loại mà nam châm có thể hút được. Các kim loại khác cảm biến sẽ không tác dụng được.

Cảm biến tiệm cận điện dung : đây là một loại tương tự như dạng cảm ứng từ nhưng điểm khác biệt là khả năng nhận biết được tất cả các loại vật liệu kể cả các vật liệu không dẫn điện. Cảm biến tiệm cận điện dung có giá thành tương đối cao so với các loại cảm biến tiệm cận khác nên cũng ít được sử dụng nếu không cần thiết.

Ngoài ra chúng ta còn có một loại cảm biến tiệm cận khác. Đó chính là cảm biến tiệm cận siêu âm. Đây là cảm biến hoạt động dựa vào nguyên lý siêu âm, tức là cảm biến sẽ phát ra một sóng âm và báo trạng thái NO/NC khi có vật cản trong phạm vi hoạt động của cảm biến.

Cảm biến tiệm cận là một trong những cảm biến chiều dài được sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các loại cảm biến đo chiều dài hay đo khoảng cách. Bạn có tin rằng đây làm một cảm biến đo chiều dài được sử dụng đầu tiên trong tất cả các loại cảm biến hay không?

Cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm đo mức nước được sử dụng phổ biến trong ngành nước nhưng ít ai biết rằng cảm biến siêu âm còn được sử dụng để đo khoảng cách nhằm phát hiện ra các sản phẩm bị lỗi trong quá trình sản xuất. Ứng dụng này mình mới phát hiện gần đây khi mà các loại cảm biến khác sử dụng không hiệu quả nhưng cảm biến siêu âm lại giải quyết vấn đề đo chiều dài.

Loại cảm biến siêu âm này được thiết kế khác biệt hoàn toàn so với loại cảm biến siêu âm đo mức nước dù sử dụng chung một nguyên lý với nhau. Góc chiếu lớn hơn, khoảng cách đo ngắn hơn, thiết kế nhỏ gọn hơn chính là điểm khác biệt.

Mỗi một loại cảm biến siêu âm sẽ có một môi trường làm việc khác nhau. Một số bạn không biết các chức năng của từng loại mà sử dụng nhầm lẫn giữa phát hiện vật cản và đo mức nước. Chính sự thiếu hiểu biết này dẫn đến kết quả đo mang về không được như mong muốn & thường xuyên xảy ra lỗi trong quá trình sử dụng.

Cảm biến dây rút

Bạn có bao giờ đặt câu hỏi rằng các xe cẩu giám sát hành trình di chuyển của các trục, cánh tay đòn và độ cao của trục bằng cách nào chưa? Đối với các kết cấu cơ khí tải trọng lớn thì cảm biến đo chiều dài dạng vật lý được ưu tiên sử dụng bởi đồ bền cao & ít lỗi hơn so với các loại điện tử.

Cảm biến dây rút khá là hiếm gặp trong thực tế bởi nó được thiết kế cho các ứng dụng đo khoảng cách xa mà các loại cảm biến khác không thể sử dụng được. Cảm biến dây rút có thể sử dụng cho các cẩu trục có độ cao lên tới 40m. Với khoảng cách này thì không có cảm biến nào có thể đáp ứng được nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao.

Đối với các cẩu trục hoặc các bàn nâng, bệ nâng hàng hóa với tải trọng rất lớn cần được giám sát chặt chẽ nhằm tránh các sự cố trong quá trình nâng hạ. Cảm biến dây rút được xem là giải pháp đơn giản nhưng lại hiệu quả nhất trong quá trình theo dõi hành trình của ben thủy lực.

Cảm biến laser

Cảm biến laser đo khoảng cách được phổ biến cách này tầm 15-20 năm về trước khi mà các máy móc được nhập khẩu cả dây chuyền về Việt Nam. Các công ty lớn như Coca- Cola , Pepsi, Unilever … sử dụng rất nhiều các cảm biến laser này trên các dây chuyền sản xuất tự động, đóng chai, đóng gói …

Cảm biến đo chiều dài dạng laser cung cấp khả năng đo chính xác trong môi trường sạch, cảm biến chỉ hoạt động tốt khi mà lớp kính của cảm biến không che khuất hay bụi làm ảnh hưởng tới điều kiện làm việc của cảm biến laser.

Cảm biến laser có khá nhiều loại với nhiều ứng dụng khác nhau. Một số loại sử dụng gương phản chiếu, một số loại cần phải có một cảm biến phát và một cảm biến thu và một số loại có thể nhận biết màu. Một số cảm biến laser khác có thể đo với khoảng cách rất xa hàng trăm mét  được dùng để phát hiện vật thể đi qua vùng quét của tia laser.

So với các loại cảm biến đo chiều dài khác thì cảm biến laser là cảm biến được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất bởi tính đa dạng của nó. Bạn cần loại cảm biến laser phát hiện màu hay cần cảm biến laser phát hiện vật thể thì phải chọn đúng loại, đúng chức năng để có được kết quả đo chính xác nhất.

Chọn cảm biến đo chiều dài như thế nào?

Một trong những điều quan trọng nhất khi chọn một loại cảm biến nào đó chính là sự phù hợp. Cảm biến phải phù hợp với môi trường đo & phù hợp với ứng dụng cần đo.

Vậy bạn đang cần cảm biến đo chiều dài cho ứng dụng gì ? Hãy cho chúng tôi biết nhu cầu của bạn để tư vấn thiết bị phù hợp nhất.

Chúc các bạn thành công !

Kỹ sư Cơ Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Mobi : 0937.27.5566

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn